DE10235240B4 - Solenoid valve-controlled injection nozzle - Google Patents
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Abstract
Magnetventilgesteuerte Einspritzdüse mit einer Düsennadel, deren Öffnen und Schließen durch ein Magnetventil gesteuert wird, wobei das Magnetventil einen in einem Magnettopf (20) enthaltenen Elektromagneten (18), einen Anker (16) und ein mit einem Ventilsitz (14) zusammenwirkendes Ventilglied (15) umfaßt, wobei der Anker (16) mit einem Ankerbolzen (28) verbunden ist, der durch eine Führungshülse (40) geführt wird, wobei der Magnettopf (20) die Führungshülse (40) zumindest teilweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnettopf (20) aus einem Massivwerkstoff besteht und einen radialen Schlitz (22) enthält und die Führungshülse (40) und der Magnettopf (20) zumindest teilweise durch einen Freistellungsspalt (43) getrennt sind.Solenoid-controlled Injector with a nozzle needle, their opening and closing is controlled by a solenoid valve, wherein the solenoid valve a in a magnet pot (20) contained electromagnet (18), a An armature (16) and a valve member cooperating with a valve seat (14) (15), wherein the armature (16) is connected to an anchor bolt (28) passing through a guide sleeve (40) guided with the magnetic pot (20) at least partially surrounding the guide sleeve (40), characterized in that the Magnet pot (20) consists of a solid material and a radial slot (22) and the guide sleeve (40) and the magnet pot (20) at least partially by an exemption gap (43) are separated.
Description
Technisches GebietTechnical area
Zur Steuerung von Kraftstoffeinspritzdüsen werden häufig Magnetventile eingesetzt. Im Ruhezustand ist das Magnetventil dabei nicht angesteuert und folglich geschlossen. Der Öffnungszeitpunkt des Magnetventils bestimmt den Einspritzbeginn des Kraftstoffes in den Brennraum durch die Einspritzdüse, mit dem Schließen ist das Einspritzende festgelegt.to Control of fuel injectors are often solenoid valves used. In idle state, the solenoid valve is not controlled and therefore closed. The opening time of the solenoid valve determines the start of injection of the fuel into the combustion chamber through the injector, with the closing is set the injection end.
Stand der TechnikState of the art
Aus
der
Ein
derartiges Magnetventil ist auch Gegenstand der
Aus Bosch: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch [Chefredakteur: Horst Bauer], 23., aktualisierte und erweiterte Auflage, Braunschweig/Wiesbaden: Vieweg 1999, ISBN 3-528-03876.4, Seite 207 ist eine Tabelle mit Sintermetallen für weichmagnetische Bauelemente angegeben. Diese können bei Magnetventilen Verwendung finden.Out Bosch: Automotive Handbook [Editor-in-Chief: Horst Bauer], 23rd, updated and expanded edition, Braunschweig / Wiesbaden: Vieweg 1999, ISBN 3-528-03876.4, Page 207 is a table with sintered metals for soft magnetic components specified. these can find use in solenoid valves.
Herzstück eines Magnetventils ist ein Magnettopf, in dem die Spule des Elektromagneten aufgewickelt ist. Um störende Wirbelströme in dem Material des Magnettopfes zu verhin dern, wird dieser im Stand der Technik aus einem Verbundwerkstoff hergestellt. Dabei handelt es sich zum Beispiel um einen Metall-Polymer-Verbundwerkstoff, bei dem feine Metallpartikel mit Kunststoff umhüllt sind. Die Herstellung erfolgt durch Pressen von kunststoffüberzogenem Metallpulver und anschließende Vernetzung der Polymere. Als Folge dieser Materialkombination werden die Metallpartikel durch die Kunststoffmatrix voneinander isoliert und dadurch Wirbelströme unterbunden. Das Metall sorgt für die nötige Magnetisierung und die Kraftübertragung auf das Magnetventilglied. Der Pulververbundwerkstoff bedingt jedoch eine reduzierte Belastbarkeit bezüglich Temperaturerhöhungen und mechanischen Belastungen. Ein Magnettopf in einer Einspritzdüse, zum Beispiel in einem Common Rail-Injektor, wird jedoch über seine gesamte Lebensdauer hohen Temperaturen und hoher mechanischer Beanspruchung ausgesetzt. Im Magnetventilbereich treten Kraftstofftemperaturen von ca. 150°C und durch die Absteuermenge verursachte Druckschwingungen von ca. 20 bar auf. Ein weiterer Nachteil des Pulververbundwerkstoffes ist, daß der Kunststoffanteil die Magnetisierung und folglich auch die Kraft auf das Magnetventilglied verringert. Daher muß ein möglichst hoher Haltestrom zur Bestromung des Elektromagneten und eine möglichst große Polfläche und damit ein großer Außendurchmesser oder ein möglichst kleiner Innendurchmesser des Magnettopfes gewählt werden, um die erforderliche Kraft ausüben zu können.Heart of a Solenoid valve is a magnetic pot in which the coil of the electromagnet is wound up. To disturbing eddy currents In the material of the magnet pot to verhin countries, this is in the state the technology made of a composite material. It acts For example, it is a metal-polymer composite material the fine metal particles are coated with plastic. The production takes place by pressing plastic coated Metal powder and subsequent Crosslinking of the polymers. As a result of this combination of materials the metal particles are isolated from each other by the plastic matrix and thereby eddy currents prevented. The metal ensures the necessary Magnetization and power transmission on the solenoid valve member. However, the powder composite requires one reduced load capacity with respect temperature increases and mechanical loads. A magnet pot in an injector, to Example in a common rail injector, however, will be over its entire Life of high temperatures and high mechanical stress exposed. In the solenoid valve area, fuel temperatures of about 150 ° C and caused by the Absteuermenge pressure oscillations of approx. 20 bar. Another disadvantage of the powder composite material is that the plastic content the magnetization and consequently the force on the solenoid valve member reduced. Therefore, a must preferably high holding current for energizing the electromagnet and a possible size pole and therefore a big one outer diameter or one as possible small inner diameter of the magnet pot can be chosen to the required Exercise power to be able to.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die erfindungsgemäße magnetventilgesteuerte Einspritzdüse und das erfindungsgemäße Magnetventil vermeiden die im Stand der Technik auftretenden Nachteile und ermöglichen es, trotz thermischer und mechanischer Beanspruchung, eine längere Lebensdauer des Magnetventils und der Einspritzdüse zu erreichen. Ferner wird die statische Kraft erhöht, die das Magnetfeld des Elektromagneten auf den Anker des Magnetventils ausübt. Durch die höhere statische Kraft ist es möglich, den Haltestrom zu senken (und damit die Verlustleistung im Steuergerät zu verringern). Außerdem birgt die höhere Kraft Potential für höhere Systemdrücke. Des weiteren kann die Polfläche verringert und damit der Innendurchmesser des Magnettopfes vergrößert bzw. der Außendurchmesser verringert werden, wodurch sich interessante neue Konstruktionsmöglichkeiten für das Magnetventil und die Einspritzdüse ergeben, wodurch wiederum Kosten und Herstellungsaufwand reduziert werden können.The solenoid valve-controlled injection nozzle according to the invention and the solenoid valve according to the invention avoid the disadvantages occurring in the prior art and make it possible, despite thermal and mechanical stress, to achieve a longer service life of the solenoid valve and the injection nozzle. Furthermore, the static force is exerted, which exerts the magnetic field of the electromagnet on the armature of the solenoid valve. Due to the higher static force, it is possible to lower the holding current (and thus the power loss in the Reduce control unit). In addition, the higher force potential for higher system pressures. Furthermore, the pole face can be reduced, thereby increasing the inner diameter of the magnet pot, or reducing the outer diameter, thereby providing interesting new design possibilities for the solenoid valve and injector, which in turn can reduce cost and manufacturing expense.
Diese Vorteile werden erfindungsgemäß erreicht durch eine magnetventilgesteuerte Einspritzdüse mit einer Düsennadel, deren Öffnen und Schließen durch ein Magnetventil gesteuert wird, wobei das Magnetventil einen in einem Magnettopf enthaltenen Elektromagneten, einen Anker und ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied umfaßt.These Advantages are achieved according to the invention by a solenoid valve-controlled injection nozzle with a nozzle needle, their opening and closing is controlled by a solenoid valve, wherein the solenoid valve a in a magnet pot contained electromagnet, an anchor and a valve member cooperating with a valve seat.
Dabei besteht der Magnettopf aus einem Massivwerkstoff und er erhält einen radialen Schlitz.there the magnetic pot is made of a solid material and he receives one radial slot.
Durch den Einsatz des Massivwerkstoffs ist die Haltbarkeit des Magnettopfes auch bei hohen Temperaturen und starken Druckschwingungen gewährleistet. Die bei dem Massivwerkstoff auftretenden, gegenüber dem Metall-Polymer-Verbundwerkstoff höheren Wirbelströme werden durch den radialen Schlitz in dem Magnettopf unterdrückt. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterbricht der Schlitz an einer Stelle den ringförmigen Magnettopf vollständig. Er wird möglichst schmal ausgeführt, um eine Verringerung der Polfläche zu vermeiden. Er wird aber so breit ausgeführt, dass eine elektrische Unterbrechung sichergestellt ist, sodass keine kreisförmigen Wirbelströme in dem Magnettopf auftreten können.By The use of the solid material is the durability of the magnet pot guaranteed even at high temperatures and strong pressure oscillations. The occurring in the solid material, compared to the metal-polymer composite higher eddy currents are suppressed by the radial slot in the magnet pot. In a preferred embodiment In accordance with the present invention, the slot interrupts at one location the annular Magnet pot completely. He will as possible narrow, a reduction of the pole area to avoid. But it is so broad that an electric Interruption is ensured so that no circular eddy currents in the Magnet pot can occur.
Der Massivwerkstoff besitzt bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine hohe Sättigungsinduktion, besonders bevorzugt eine Sättigungsinduktion > 1,9 Tesla. Magnetische Werkstoffe weisen ein nichtlineares Verhalten der magnetischen Induktion B in Abhängigkeit von der magnetischen Feldstärke H eines äußeren Feldes auf. Mit zunehmender magnetischer Feldstärke steigt die Induktion zunächst an, bis sie ab einer bestimmten magnetischen Feldstärke in Sättigung geht. Die Sättigungsinduktion liegt beispielsweise bei legierten Stählen bei ca. 1,9 Tesla, während sie bei Gußeisen bei ca. 1,5 Tesla liegt. Der erfindungsgemäß eingesetzte Massivwerkstoff kann aufgrund der höheren Dichte des magnetischen Werkstoffs eine viel höhere Sättigungsinduktion (zum Beispiel 2 Tesla) als ein Verbundwerkstoff aus dem Stand der Technik (zum Beispiel 1,7 Tesla) aufweisen. Durch den Magnettopf aus Massivwerkstoff wird deshalb in vorteilhafter Weise eine deutlich höhere statische Kraft zum Öffnen des Magnetventils erreicht, als bei dem Verbundwerkstoff-Magnettopf.Of the Solid material preferably has in the present invention a high saturation induction, particularly preferably a saturation induction> 1.9 Tesla. magnetic Materials have a non-linear behavior of magnetic induction B in dependence from the magnetic field strength H of an outer field on. With increasing magnetic field strength, induction first increases, until it goes to saturation from a certain magnetic field strength. The saturation induction For example, in alloyed steels is about 1.9 Tesla, while she in cast iron at about 1.5 Tesla. The solid material used according to the invention may be due to the higher Density of the magnetic material a much higher saturation induction (for example 2 Tesla) as a composite material of the prior art (for Example 1.7 Tesla). Through the magnet pot made of solid material is therefore advantageously a significantly higher static Force to open of the solenoid valve, as in the composite magnetic pot.
Ferner weist der Massivwerkstoff eine möglichst kleine Koerzitivfeldstärke, bevorzugt eine Koerzitivfeldstärke < 3500 A/m auf. Wird die magnetische Feldstärke H eines äußeren Feldes auf 0 gesenkt, so bleibt ein Restmagnetismus erhalten (B > 0). Der Restmagnetismus kann durch ein Feld in entgegengesetzter Richtung beseitigt werden. Die dazu erforderliche Feldstärke heißt Koerzitivfeldstärke HC. Je kleiner die Koerzitivfeldstärke ist, um so geringer sind unerwünschte Ummagnetisierungsverluste. Vorzugsweise werden bei der vorliegenden Erfindung als Massivwerkstoffe für den Magnettopf weichmagnetische Werkstoffe mit HC < 3,5·103 A/m, besonders bevorzugt weichmagnetische Werkstoffe mit HC < 1·103 A/m eingesetzt.Furthermore, the solid material has the smallest possible coercive field strength, preferably a coercive force <3500 A / m. If the magnetic field strength H of an external field is lowered to 0, residual magnetism remains (B> 0). The residual magnetism can be eliminated by a field in the opposite direction. The required field strength is called coercive force H C. The smaller the coercive field strength, the lower are unwanted magnetic reversal losses. In the present invention, soft magnetic materials with H c <3.5 × 10 3 A / m, more preferably soft magnetic materials with H C <1 × 10 3 A / m are preferably used as solid materials for the magnet pot.
Die Massivwerkstoffe sollen ferner eine gute Bearbeitbarkeit und gegebenenfalls eine gute Schweißbarkeit aufweisen. Bevorzugte Massivwerkstoffe sind weichmagnetische FeCo-Legierungen mit einer Sättigungsinduktion im Bereich zwischen 2,1 T und 2,3 T. Die Vorteile der vorliegenden Erfindung können aber auch mit kostengünstigeren Einsatz- und Vergütungsstählen mit hinreichend weichmagnetischen Eigenschaften und einer Sättigungsinduktion > 1,9 T erzielt werden.The Solid materials should also have good machinability and, where appropriate a good weldability exhibit. Preferred solid materials are soft magnetic FeCo alloys with a saturation induction in the range between 2.1 T and 2.3 T. The advantages of the present Invention can but also with cheaper Insert and tempered steels with sufficiently soft magnetic properties and a saturation induction> 1.9 T can be achieved.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Magnetventil, umfassend einen in einem Magnettopf enthaltenen Elektromagneten, einen Anker und ein mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied, wobei der Magnettopf aus einem Massivwerkstoff besteht und einen radialen Schlitz enthält. Das erfindungsgemäße Magnetventil wird beispielsweise in einer erfindungsgemäßen magnetventilgesteuerten Einspritzdüse eingesetzt.object The present invention further includes a solenoid valve comprising an electromagnet contained in a magnet pot, an armature and a valve member cooperating with a valve seat, wherein the magnetic pot consists of a solid material and a radial Slot contains. The solenoid valve according to the invention For example, in a solenoid valve controlled according to the invention injection used.
Zeichnungdrawing
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.Based the drawing, the invention is explained in more detail below.
Es zeigt:It shows:
Ausführungsvariantenvariants
In
einem Gehäuse
Erfindungsgemäß ist der
Magnettopf
Das Öffnen und
Schließen
der (nicht dargestellten) Düsennadel
der Einspritzdüse
wird wie folgt durch das Magnetventil gesteuert:
Bei geschlossenem
Magnetventil ist der Steuerraum
When the solenoid valve is closed, the control room
Es
umfaßt
einen in einem Magnettopf
Der
Aufbau dieses erfindungsgemäßen Magnetventils
entspricht dabei dem bezüglich
Falls
das Material der Führungshülse
Der
Freistellungsspalt
Für die Wirksamkeit
der Freistellung beträgt die
Breite des Freistellungsspaltes
Ferner
müssen
auch Verluste über
den Umfang der Ankerplatte
Der
Freistellungsspalt
Dabei
befindet sich ein fest vorgegebener Restluftspalt
In
dem Magnettopf
Wenn
die Führungshülse
Bei
der in
- 11
- Gehäusecasing
- 22
- Längsbohrunglongitudinal bore
- 33
- Düsenkolbendie rod
- 44
- Druckbohrungpressure bore
- 55
- Führungsbohrungguide bore
- 66
- Düsenstücknozzle piece
- 77
- Steuerraumcontrol room
- 88th
- Zulaufdrosselinlet throttle
- 99
- Ringraumannulus
- 1010
- Bohrungdrilling
- 1111
- Ablaufdrosseloutlet throttle
- 1212
- Entlastungsraumrelief chamber
- 1313
- kegelförmig angesenkter Teil des Düsenstückstapered countersunk Part of the nozzle piece
- 1414
- Ventilsitz des Magnetventilsvalve seat of the solenoid valve
- 1515
- Ventilglied des Magnetventilsvalve member of the solenoid valve
- 1616
- Ankeranchor
- 1717
- erster Ankerbolzenfirst anchor bolts
- 1818
- Elektromagnetelectromagnet
- 1919
- Ankerplatteanchor plate
- 2020
- Magnettopfmagnet pot
- 2121
- zylinderförmige Öffnungcylindrical opening
- 2222
- Schlitzslot
- 2323
- zweiter Ankerbolzensecond anchor bolts
- 2424
- Schließfederclosing spring
- 2525
- Stirnfläche des DüsenkolbensFace of the die rod
- 2626
- Schließrichtungclosing direction
- 2727
- Öffnungsrichtungopening direction
- 2828
- Ankerbolzenanchor bolts
- 2929
- Führungsstutzenguide socket
- 3030
- Rückholfederreturn spring
- 3131
- Anschlagattack
- 3232
- Führungsstückguide piece
- 3333
- Flanschflange
- 3434
- erste Einstellscheibefirst Focusing
- 3535
- zweite Einstellscheibesecond Focusing
- 3636
- MagnetventilgehäuseSolenoid valve housing
- 3737
- Schulter des Gehäusesshoulder of the housing
- 3838
- Ringschulterannular shoulder
- 3939
- RestluftspaltResidual air gap
- 4040
- Führungshülseguide sleeve
- 4141
- Spannschraubeclamping screw
- 4242
- Öffnung in der SpannschraubeOpening in the clamping screw
- 4343
- FreistellungsspaltExemption gap
- 4444
- FreistellungslückeExemption gap
- 4545
- hervorstehendes Ende der Führungshülseprotruding End of the guide sleeve
- 4646
- Wirbelströmeeddy currents
- 4747
- Innenringinner ring
- 4848
- erster Einstellringfirst adjustment
- 4949
- zweiter Einstellringsecond adjustment
- 5050
- Auflagefläche des MagnettopfesBearing surface of the magnet pot
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R071 | Expiry of right |